Можно ли просто масштабировать животных?

Был ряд вопросов, посвященных мифическим существам, где логический подход к ответу заключался в увеличении масштаба существующего животного. Например , крылья дракона можно экстраполировать с других летающих животных или скорость насекомоподобного существа из насекомых в нашем мире.

Однако эволюция доказала, что животные не просто масштабируются вверх и вниз, млекопитающие не вырастают больше определенного размера, если только они не живут исключительно в океанах. Насекомые не вырастают до нескольких метров в длину.

Я считаю, что в игру вступают другие соотношения, такие как мощность/вес и объем/площадь поверхности кожи, когда дело доходит до того, смогут ли существа продолжать выживать, двигаться/летать и оставаться теплыми/холодными в больших масштабах.

Я прав? Не будет ли чрезмерным упрощением сказать: «Птица длиной A имеет размах крыльев B, поэтому дракон длиной C должен иметь размах крыльев D»? Какие еще факторы вступают в игру при масштабировании реальных произведений для имитации новых?

Вы знаете, это почти мета-тема о том, работает ли эта модель ответов...
Я знаю, что недавно видел статью в научно-популярном журнале, посвященную именно этому. Я посмотрю, смогу ли я найти его в выходные. Между тем, суть заключалась в том, что нет, вы не можете просто увеличивать размер животных, IIRC, потому что нагрузки, прикладываемые к различным частям тела для поддержания веса определенных частей тела, становятся ограничивающим фактором, наряду со способностью насыщают кислородом и обеспечивают циркуляцию крови.
Я предлагаю прочитать «Как быть правильного размера» Дж. Б. С. Холдейна: irl.cs.ucla.edu/papers/right-size.html .

Ответы (4)

Вы можете масштабировать их до определенной степени, но есть много ограничивающих факторов.

Масса

Главное — увеличение веса — кости, плоть, сухожилия и мускулы, какими бы толстыми они ни были, способны справиться лишь с ограниченным весом. В конце концов существо просто не может противостоять силе тяжести.

Это одна из причин, по которой очень крупные животные, как правило, водные, поддержка воды уменьшает эти проблемы.

Однако это усугубляется проблемами масштаба. Если вы удвоите размер животного, то произойдет следующее:

  • Кости становятся в два раза толще (в четыре раза больше в поперечном сечении).
  • Животное становится в восемь раз тяжелее (так как оно стало вдвое шире, вдвое выше и вдвое длиннее).

Это известно как закон квадрата-куба .

Вы можете сразу увидеть, что это не является устойчивым, вы поддерживаете в 8 раз больше веса, имея в четыре раза больше костей.

До определенного размера вы можете компенсировать это, пропорционально сделав кости толще, мышцы сильнее, ноги короче. Например, сравните пропорции слона и лошади. Посмотрите, насколько толще ноги у слона.Ноги слона - Источник: Википедия Лошадиные ноги - Источник: Википедия

После определенного масштаба вы просто больше не можете этого делать, поэтому вам нужно увеличить прочность материала, используемого для изготовления костей — что потребует других эволюционных затрат и все еще ограничено — или коренным образом изменить дизайн существа. Например, несколько ног на длинном и тонком теле будут поддерживать вес, но возникает вопрос, для чего нужно длинное и тонкое тело. Есть ли какое-то эволюционное преимущество в том, чтобы таскать и поддерживать все это дополнительное тело? Если бы такое преимущество не было найдено, то существа никогда бы не выросли длиннее, чем им нужно.

Кровяное давление

По мере того, как животные становятся больше, становится все труднее перекачивать кровь и доставлять ее туда, где она должна быть. Сердце должно увеличиваться в размерах и работать усерднее, иначе вам потребуется иметь и синхронизировать несколько сердец.

У жирафов, например, кровяное давление в два раза выше, чем у жирафов, и у них есть специальные мышцы на шее, обеспечивающие приток крови к мозгу. Это позволяет им оставаться в сознании, даже когда они опускают голову на землю, чтобы попить, а затем поднимают ее на дерево, чтобы поесть.

Рефлексы

Сигналам требуется время, чтобы пройти по нервам, самые быстрые сигналы отправляются со скоростью 250 миль в час, но большинство из них намного медленнее. Если животное становится слишком большим, между стимулом и реакцией будет значительный временной лаг. Либо так, либо вам нужны локализованные центры принятия решений, и в этот момент вам нужно начать решать, есть ли у вас по-прежнему одно существо с несколькими мозгами и сердцами или колония отдельных, но взаимозависимых существ.

Нагревать

Другим следствием закона квадратного куба является нагрев. У самых крупных млекопитающих большие уши, и им нужно часто отдыхать или залезать в воду, чтобы избежать перегрева, в то время как самые маленькие млекопитающие должны почти постоянно есть и двигаться, чтобы температура их тела не падала слишком низко. Это связано с тем, что площадь поверхности тела, которое теряет тепло, увеличивается в зависимости от квадрата размера, в то время как объем тела, выделяющего тепло, увеличивается в зависимости от куба размера.

Отличный ответ! Говоря о жирафах, мне нравится фактоид возвратного гортанного нерва en.wikipedia.org/wiki/…
Для прочности конструкции важно поперечное сечение, а не диаметр. Удвоение линейных размеров дает 8-кратную нагрузку и 4-кратную силу ее выдерживания, а не 2-кратную. Нагрузка все равно растет быстрее силы, но не так сильно, как вы сказали.
@smithkm Вы, конечно, правы, исправил это.
Не забывайте о тепле. У самых крупных млекопитающих большие уши, и им нужно часто отдыхать или залезать в воду, чтобы избежать перегрева, в то время как самые маленькие млекопитающие должны почти постоянно есть и двигаться, чтобы температура их тела не падала слишком низко.
И еда/пропитание. Чем крупнее существо, тем больше ему нужно для поддержания себя. Если источник пищи существ не может пополниться достаточно быстро, они не выживут.
Переходя к ответу «тепло»: помните, если оно станет слишком массивным, давление и тепло станут такими, что оно создаст собственную гравитацию и будет иметь расплавленное ядро. ЭТО было бы потрясающим животным.
@Tim B, значит, Годзилла не может существовать. По крайней мере, не на Земле. Так это ответ на наличие гигантских животных/существ? Что вам нужно изменить их среду, чтобы обеспечить гораздо больший размер?
@Len Только подумайте о сцене, где монстр разрушает здание или мост. Это здание из бетона и стали, и все же хвост монстра, или нога, или что-то еще разбивает его насквозь, не причиняя вреда. Итак, насколько прочными должны быть материалы, из которых сделан монстр? Материалов просто нет.
@TimB, конечно. И вес монстра будет настолько велик, что он не сможет двигаться, даже если когда-нибудь станет таким большим. Но, как я уже сказал, что, если бы окружающая среда была другой, например: более низкая гравитация, окружение из менее плотных материалов и т. д.
@Len Помогает меньшая гравитация, а также повышенная плавучесть (т.е. под водой). Однако гравитация линейна, вы все равно сталкиваетесь с проблемой квадратного куба, вы можете просто стать больше, прежде чем достигнете предела.

Чтобы добавить к ответу Тима Б, а не конкурировать с ним:

Глаза:

Глаза обычно не совпадают с остальными частями животного. Если вы посмотрите на мышь, у нее глаза пропорционально больше, чем у кошки, которые пропорционально больше, чем у человека, которые пропорционально больше, чем у кита. Глаза имеют оптимальный размер, выше которого нет существенного преимущества в дальнейшем увеличении размера, однако, когда он меньше оптимального, любое увеличение размера является значительным.

Да, это хороший момент. Размер глаз в основном связан с длиной волны света, необходимой для фокусировки.
Преимуществом больших глаз является способность собирать больше света, т.е. хорошо видеть в темных местах. Совы, лемуры и, самое главное, гигантский кальмар. У китов маленькие глаза, потому что они «видят» на глубине с помощью гидролокатора.

Насекомые размером несколько метров

Стрекозы могли иметь гораздо больший размах крыльев 300 миллионов лет назад (благодаря гораздо более высокому содержанию кислорода в атмосфере, а также теплу, как сегодня на экваторе).

В данном случае лимитирующими факторами были снабжение организма кислородом, достаточным для поддержания его жизнедеятельности, и обеспечение его достаточным количеством тепла для поддержания его функций.

Но масштабирование здесь достигло своего предела в оксигенации тканей (хотя свободного кислорода было в разы больше, чем сейчас), точно так же, как рост подвижных организмов ограничен гравитацией и способностью насоса (сердца) распределять достаточно кислорода в биоматерии, чтобы она оставалась живой.

Если бы гигант существовал, он бы погиб от того, что его сердце, спешащее перекачивать кровь к голове, лопнуло бы, пытаясь устоять против притяжения планеты. Только на планете с более слабой гравитацией можно было наблюдать такие гигантизмы.

http://en.wikipedia.org/wiki/Меганевра

Размах крыльев до 65 см = чуть больше 2 футов. НЕ несколько метров, что опровергается приведенной вами ссылкой.
Меньшие насекомые, такие как мухи и пчелы, имеют механизм полета, основанный на создании вихрей в воздухе своими крыльями. Это совсем не масштабируется.
«В несколько раз» более высокий уровень содержания кислорода 300 миллионов лет назад на самом деле не соответствует диаграмме геологической истории содержания кислорода в атмосфере Земли в Википедии ( Геологическая история кислорода ), которая указывает на то, что содержание кислорода в атмосфере достигло максимума примерно при 35 % по сравнению с 21% сегодня. 1.6-1.7х конечно существенная разница, но вряд ли "кратно".

Я бы предложил взять внешний вид, определяющий существо, и смоделировать его на существе нужного вам размера.
Например, если вы взяли хаски и увеличили ее до размера лошади, возьмите пропорции лошади, а затем измените то, что вам нужно, (калька здесь хорошо работает), укоротив шею, изменив хвост... и так далее. на.
Прежде чем все будут ругать меня за ненаучность, это работает как основа и общий обзор.

Можно ли просто масштабировать животных?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v